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1、 有限元网格概述 ANSYS的网格划分有两种： 自由网格划分(Free meshing)和映射网格划 分(Mapped meshing) 。 自由网格划分主要用于划分边界形状不规则的区域，它所生成的网 格相互之间是呈不规则排列的。对于复杂形状的边界常常选择自由网格 划分。自由网格对于单元形状没有限制，也没有特别的应用模式。缺点 是分析精度往往不够高。 与自由网格划分相比较，映射网格划分对于单元形状有限制，并要 符合一定的网格模式。映射面网格只包含四边形或三角形单元，映射体 网格只包含六面体单元。映射网格的特点是具有规则的形状，单元明显 地成行排列。 一般来说映射网格往往比自由网格划分得到的结果
2、要更加精 确，而且在求解时对CPL和内存的需求也相对要低些。如果 用户希望用映射网格划分模型，创建模型的几何结构必须由 一系列规则的体或面组成，这样才能应用于映射网格划分。 因此，如果确定选择映射网格，需要从建立几何模型开始就 对模型进行比较详尽的规划，以使生成的模型满足生成映射 网格的规则要求。 加载与求解 ANSYS中载荷(Loads)包括边界条件和模型内部或外部的作用 力。在不同的学科中，载荷的定义如下。 结构分析：位移、力、压力、弯矩、温度和重力。 热分析：温度、热流率、对流、内部热生成、无限远面。 磁场分析：磁势、磁流通、磁电流段、源电密度、无限远 面。 电场分析：电势、电流、电荷、
3、电荷密度、无限远面。 流场分析：速度、压力。 在ANSYS中，载荷主要分为六大类： DOF约束(DOF constraint)：用户指定某个自由度为已知值。在结构分 析中约束是位移和对称边界条件：在热力学分析中约束是温度和热流量 等。 力(集中载荷)(Fome)：施加于模型节点的集中载荷。如结构分析中的 力和力矩，热分析中的热流率。 表面载荷(SurfaceLoad)：作用在某个表面上的分布载荷。如结构分析 中的压力，热分析中的对流和热流量。 体载荷(Body loads)：作用在体积或场域内。如结构分析中的温度和 重力，热分析中的热生成率。 惯性载荷(Inertia loads)：结构质量或
4、惯性引起的载荷。如重力加速 度、角速度和角加速度，主要在结构分析中使用。 耦合场载荷(Coupled-field loads)：它是一种特殊的情况，从一种分 析中得到的结果用作另一种分析的载荷；如热分析中得到的节点温度可 作为结构分析中的体载荷施加到每一个节点。 ANSYS空间轴对称问题分析 ANSYS对轴对称结构建模的一些特殊要求 对称轴必须与总体笛卡尔坐标的Y轴重合。 不允许出现负的X方向节点坐标出现。 总体笛卡尔坐标Y方向代表轴向，总体笛卡尔坐标X方向代表径 向，总体笛卡尔坐标Z方向代表周向。 模型应当用适当的单元类型组合在一起： 对轴对称模型，可用二维实体且KEYOPT（3）=1，和
5、（或）轴对称壳体。而且，可用不同的连接，接触，组合及表面 单元并可将轴对称实体和壳单元容在一个模型里。（除非是轴对 称实体或壳单元否则程序不会识别其它的单元）如果ANSYS单 元手册没有对一个特殊单元类型讨论其在轴对称结构中的应用， 那么对轴对称分析不要使用此种单元类型。 对轴对称谐波模型，只能使用轴对称谐波单元。 SHELL51和SHELL61单元不应位于总体Y轴上。 对包含二维实体单元的模型剪切影响是重要的，在厚度方 向上至少要使用二个单元。 如果结构沿对称轴包含有孔，不要忘记在Y轴和二维轴对称 模型间留适当的距离（见图X方向的偏移表示一个轴对称孔 。）对轴对称载荷的讨论参见ANSYS基本
6、分析程序指南的载 荷。 X方向的偏移表示一个轴对称孔 注意：对轴对称模型： 输入整个 360上的力的值。 输出值 (反力) 也是基于整个 360上的值。 例如，假定一个半径为 r 的圆柱形壳体，边缘施加 Plb/in 的 荷载，把这个荷载施加在二维轴对称壳模型上(例如 SHELL51 单元)，要施加 2prP 的力。 r P lb/in2prP lb 轴对称荷载轴对称荷载 关于模型的细节部分 一些小的细节对分析来说不重要，不必在模型中体现，因为 它只会使你的模型过于复杂。可是对有些结构，小的细节如 倒角或孔可能是最大应力位置之所在，可能非常重要，取决 于用户的分析目的。必须对结构的预期行为有足
7、够的理解以 对模型应包含多少细节作出适当的决定。 有些情况下，仅有一点微不足道的细节破坏了结构的对称。 那么，可以忽略这些细节（或相反的将它们视为对称的）， 以利于用更小的对称模型，必须权衡模型简化带来的好处与 精度降低的代价来确定是否对一个非（拟）对称结构故意忽 略其非对称细节。 ANSYS轴对称问题注意问题 1、单元：Plane2、Plane42、Plane82、Plane182、 Plane183、Shell51（模拟轴对称壳） 2、平面单元需要单元设置：KEYOPT（3）为 Axisymmetric 3、Y轴必须是旋转对称轴（X轴是径向、Z轴是周向） r P2prP 4）轴对称问题集中
8、力和 集中力矩的输入和输出总 是360度的合力和合力矩 。 11 Shell51轴对称壳单元 两个节点，每个节点有4个自由度。（UX、UY、UZ、ROTZ） 对称轴必须为Y轴，X轴为径向，且为非负 需要定义厚度，可为线性，厚度大时，应选择 PLANE42单元 12 如图所示是一飞轮的截面图。飞轮的材料为弹性模量 210GPa，泊松比为0.27，密度为7800kg/m3。飞轮的角 速度为62.8rad/s，飞轮边缘受压力作用，压力p为1MPa, 飞轮轴孔固定，试进行静力分析。 13 1、分析类型静力分析 2、问题描述轴对称问题 3、ANSYS单位 mm N MPa g ms 4、单元 PLANE
9、82：8节点四边形（每个节点个自由度） 5、材料 弹性模量、泊松比、密度 14 1、飞轮实体建模（略） 15 2、飞轮有限元模型的建立 1）材料参数 ANSYS Main Menu: Preprocessor Material Props Material Models Structural Linear Elastic Isotropic input EX:2.10e5, PRXY:0.27 OK ANSYS Main Menu: Preprocessor Material Props Material ModelsDensity input DENS:0.0078 OK 16 2、飞轮有限
10、元模型的建立 2）单元选择 ANSYS Main Menu: Preprocessor Element TypeAdd/Edit/Delete Add select Solid Quad 8node 82 OK (back to Element Types window) Options selelt K3: Axisymmetric Close (the Element Type window) 17 2、飞轮有限元模型的建立 3）划分网格 ANSYS Main Menu: Preprocessor Meshing Mesh Tool （Size Controls) Global: Set
11、input SIZE:1 OK Mesh Tool Mesh : select Areas Shape:QuadFree Mesh Pick All Close( the Mesh Tool window) 18 3、施加约束和载荷 1）施加约束和压力 ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Lines 拾取左边边 OK select Lab2:ALL DOF OK ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Pressur
12、e On Lines 选择图 示的三条边 如 下页图输页图输 入OK 19 20 3、施加约束和载荷 2）施加角速度 ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Inertia Angular veloc Globel弹弹出施加角速度的对话对话 框，如下图输图输 入（注意单单位） 21 4、求解 ANSYS Main Menu: Solution Solve Current LS OK(to close the solve Current Load Step window) OK 5、后处理 1）改变观察输出结果坐标系 ANS
13、YS Main Menu: General Postproc Options for Output 出现结果坐标系 设置对话框，设置为柱坐标系，如图。 22 5、后处理 2）径向位移云图 ANSYS Main Menu: General Postproc Plot Results Contour Plot Nodal Solu select: DOF solution, X-Component of displacement OK 3）周向位移云图 ANSYS Main Menu: General Postproc Plot Results Contour Plot Nodal Solu se
14、lect: DOF solution, Z-Component of displacement OK 3）轴向位移云图 ANSYS Main Menu: General Postproc Plot Results Contour Plot Nodal Solu select: DOF solution, Y-Component of displacement OK23 5、后处理 5）径向应力云图 ANSYS Main Menu: General Postproc Plot Results Contour Plot Nodal Solu select: DOF solution, X-Comp
15、onent of Stress OK 6）周向应力云图 ANSYS Main Menu: General Postproc Plot Results Contour Plot Nodal Solu select: DOF solution, Z-Component of Stress OK 7）轴向应力云图 ANSYS Main Menu: General Postproc Plot Results Contour Plot Nodal Solu select: DOF solution, Y-Component of Stress OK24 5、后处理 8）等效应力云图 MainMenuGeneral PostprocPlot Results-Contour Plot-Nodal Solu。弹出 的对话框中的左下拉框内选择Stress，右下拉框内选择von Mises，按OK。 9）三维扩展结果 Utility MenuPlotCtrlsStyleSymmetry Expansion2D Axis- Symmertric弹出轴对称扩展设置对话框，选择Full expansion单击OK 25 26
